防洪堤滲流穩定的計算方法和對應的工程措施

【摘要】山區河道一般流速較大，長期經受沖刷滲透作用，防洪堤容易發生塌陷和滑動破壞。本文以平泉市瀑河三期防洪生態綜合整治工程為例，從堤防的基礎防滲工程情況出發，對防洪堤滲流穩定的計算方法進行了分析，并提出了一些對應的工程措施，使得防滲效果更為可靠，以期能夠為防洪堤滲流體系的有效運行提供保證，從而避免出現一些危害。

【關鍵詞】防洪堤；滲流；穩定措施

瀑河三期為山區河道，地基材料為礫砂和角礫，具有強透水、易被沖刷、粒徑大、固結性差的特點。為工程造價記，新建及加固堤防主要采用河道開挖砂礫料填筑，主槽按10年一遇洪水不出槽考慮，堤頂平均填筑高度為1.5m。迎水面邊坡系數為1：3，堤頂寬度為4.5m。整體河道位于平泉市城區上游，原狀地勢險峻，防洪能力差，為下游城區段造成很大安全隱患，因此需要對該河道段的防洪堤采取優化處理措施，才能滿足安全生態等要求。

一、防洪堤滲流穩定計算方法

新建及加固堤防主要采用開挖砂礫料填筑，堤基主要為礫砂、角礫等。堤身、堤基滲透破壞類型主要為管涌，礫砂、角礫的允許水力比降值分別為0.18、0.17。滲流采用有限元數值分析方法計算，應用河海大學工程力學研究所研制Autobank7.0軟件程序進行計算。

（1）滲流穩定計算過程

①出逸坡降計算

上述程序假定滲透介質不可壓縮，滲流符合達西定律，計算域內沒有源密度的情況，各向異性連續介質二維穩定滲流場的控制方程為：

②滲流計算工況

根據《堤防工程設計規范》滲流及滲透穩定計算中規定，擬定滲透穩定計算工況如下：

工況1：河道設計水位正常運行，堤外無水，復核堤防背水坡穩定；

工況2：河道設計水位正常運行工況下增加地震荷載，復核堤防臨水、背水側堤坡。

③滲透穩定分析

當實際出逸坡降大于允許滲流坡降時，可能發生滲透破壞，應采取措施，反之，則不會發生滲透變形。

（2）邊坡抗滑穩定

①計算方法

邊坡穩定分析采用瑞典圓弧法計算，公式如下：

具體計算采用河海大學Autobank7.0軟件計算。

②安全系數

根據《堤防工程設計規范》，3級堤防邊坡允許最小安全系數：a.正常工作條件1.1.20；b.非常運用條件Ⅱ為1.05；4級堤防邊坡允許最小安全系數：a.正常工作條件1.15；b.非常運用條件Ⅱ為1.00；

③計算工況

擬定邊坡穩定分析計算工況如下：

工況1：河道設計水位正常運行，堤外無水，復核堤防迎水坡、背水坡穩定；

工況2：河道設計水位正常運行工況下增加地震荷載，復核堤防臨水、背水側堤坡。

④邊坡穩定計算結果分析

按上述方法和條件對本段河道典型斷面進行邊坡穩定計算，計算結果見表1-1。

二、防洪堤滲流穩定對應的工程措施

由于瀑河三期工程堤坡較長，堤破較陡，依據工程地理情況，堤防考慮管理和防汛需要，為了加強防洪堤穩定性、增強防洪堤防滲漏能力和抗剪能力，在不能滿足防滲要求的危險斷面堤防背水坡設置戧臺。

（1）戧臺在堤防工程中的作用

①增加了防洪堤的穩定性

增設戧臺一方面加大了河道治理的橫斷面積，另一方面因為增設的戧臺工程施工嚴格，需進行清基，鋪土、碾壓、測量土壤干密度、含水率。

②延長了繞滲路徑

瀑河三期河道地質條件差，工程土體多為礫砂和角礫，極易達到飽和。從防洪堤背水坡直接滲出水的時間長，易形成通道造成大堤滑坡、裂縫等險情的產生。

（2）戧臺的結構形式

戧臺的結構基本設計為平行四邊形，由戧臺高程、戧臺寬度、戧臺邊坡三要素組成。戧臺高程由不同地段的壩體浸潤線逸出最高點而定，本工程設計戧臺高程為設計防洪堤頂高程下返1.2米。戧臺寬度為相鄰兩個樁號距離，戧臺邊坡設計為1：3。

三、瀑河流域生態綜合治理三期工程防洪抗汛的措施

戧臺雖然在堤防穩定中起一定作用，但只是堤防的一個輔助工程，是一種被動治理，做好防洪抗汛需主動治理和被動治理相結合。本項目中的主動治理措施有：

①瀑河兩岸（瀑河流經的地段）應進行水土保持， 盡可能多的設置護河林帶，植樹種草減少泥沙流動和崩岸塌坡。

②對瀑河主槽河床進行擴槽清淤、增大過水斷面保證泄洪能力滿足10年一遇泄流標準。

總之，戧臺工程雖然為瀑河三期工程被動治理，但其工程結構和建設簡單易行，經過一期二期工程施工運行的實踐證明，其抗滑、抗裂的作用頗為明顯，對預防防洪堤滲漏也起到了一定的積極作用。

參考文獻：

[1]朱曉玲； 陳皓； 陳亞君.浙江省小流域防洪堤滲流設計要點[J].東北水利水電，2013（01）

作者簡介：李斯楊，女，（1984.09—），河北衡水人，畢業于河北工程大學科信學院，本科，工程師，研究方向：水利水電工程。